摘要：河池市已完成衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)北斗三號(hào)設(shè)備升級(jí)改造，并搭建了河池市北斗高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)，為區(qū)域內(nèi)用戶提供北斗三號(hào)系統(tǒng)的高精度實(shí)時(shí)定位服務(wù)。文章介紹了該平臺(tái)的系統(tǒng)功能，并對(duì)升級(jí)完成后的北斗三號(hào)系統(tǒng)開展定位精度分析以及定位服務(wù)時(shí)效性、時(shí)間可用性和空間可用性等方面的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：升級(jí)后的北斗三號(hào)系統(tǒng)在河池地區(qū)展現(xiàn)出良好的定位精度和定位時(shí)效性，定位的內(nèi)符合精度由±1.20 cm減小到±0.87 cm，外符合精度由±2.18 cm減小到±1.74 cm，能夠滿足實(shí)時(shí)厘米級(jí)RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位）定位需求。

關(guān)鍵詞：北斗三號(hào)；高精度定位；導(dǎo)航平臺(tái)；精度測(cè)試

中圖分類號(hào)：P228" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1674-0688（2024）07-0088-05

0 引言

隨著北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全面建成，全國(guó)各級(jí)自然資源主管部門相繼開展北斗三號(hào)系統(tǒng)的升級(jí)與改造工作，以助力北斗產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，滿足國(guó)家和地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高精度、實(shí)時(shí)定位服務(wù)的迫切需求。2021年以來，廣東、湖南、湖北、遼寧、江蘇等省份已陸續(xù)完成基于北斗三號(hào)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備的升級(jí)與改造［1-5］。其中：葉遠(yuǎn)斌等［1］研究北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)國(guó)產(chǎn)化平臺(tái)的搭建，利用基于虛擬基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的社會(huì)化基準(zhǔn)服務(wù)技術(shù)，建成了基于北斗三號(hào)的廣東省基準(zhǔn)服務(wù)平臺(tái)；龍靖雯等［2］提出從基準(zhǔn)站和數(shù)據(jù)中心的軟件和硬件基礎(chǔ)設(shè)施、用戶管理系統(tǒng)與運(yùn)維系統(tǒng)開發(fā)以及基準(zhǔn)站空間布局規(guī)劃等方面，對(duì)湖南省北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站進(jìn)行北斗應(yīng)用升級(jí)改造；林曉靜等［3］針對(duì)湖北省北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，提出了全網(wǎng)軟件和硬件的升級(jí)與改造，以實(shí)現(xiàn)對(duì)北斗三號(hào)衛(wèi)星的兼容。在此背景下，廣西壯族自治區(qū)自然資源廳于2022年完成了河池市內(nèi)14座衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站的北斗三號(hào)設(shè)備升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了北斗三號(hào)厘米級(jí)高精度定位服務(wù)在全市范圍內(nèi)的全面覆蓋，并在2023年建立了河池市北斗高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)。本文對(duì)河池市北斗高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試，旨在分析北斗三號(hào)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的定位效果與性能表現(xiàn)。

1 系統(tǒng)介紹

河池市北斗高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)是一個(gè)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等技術(shù)為支撐，以WebService服務(wù)的方式對(duì)大地測(cè)量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效管理和服務(wù)的信息系統(tǒng)。該平臺(tái)分為前端對(duì)外服務(wù)平臺(tái)和后端數(shù)據(jù)處理服務(wù)平臺(tái)。前端對(duì)外服務(wù)平臺(tái)以河池市衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過單北斗衛(wèi)星系統(tǒng)或多衛(wèi)星系統(tǒng)聯(lián)合解算技術(shù)，提供厘米級(jí)高精度RTK（載波相位差分技術(shù)）、亞米級(jí)RTD（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)碼相位差分技術(shù)）實(shí)時(shí)定位服務(wù)和事后毫米級(jí)定位服務(wù)。用戶登錄前端平臺(tái)后，可申請(qǐng)CORS（連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)）賬號(hào)、靜態(tài)測(cè)量控制點(diǎn)解算、1985國(guó)家高程基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及相關(guān)查詢服務(wù)。后端數(shù)據(jù)處理服務(wù)平臺(tái)包含數(shù)據(jù)中心模塊和運(yùn)維管理模塊，運(yùn)維人員可通過運(yùn)維管理模塊對(duì)河池市北斗高精度基準(zhǔn)站網(wǎng)進(jìn)行日常維護(hù)和管理。河池市北斗高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)主要功能見表1。

表1 河池市北斗高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)主要功能

[功能 功能描述 數(shù)據(jù)

接入 支持以多種傳輸協(xié)議［MQTT（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議）、Ntrip（RTK數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議）、TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）、UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）等］通過光纖、無線專網(wǎng)以及公網(wǎng)等方式接入國(guó)家、行業(yè)等各類型基準(zhǔn)站的原始觀測(cè)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)

預(yù)處理 支持對(duì)接入的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過平臺(tái)內(nèi)部的測(cè)站預(yù)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)參考站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)檢，同時(shí)將每天的質(zhì)檢信息匯總并上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)

存儲(chǔ) 支持原始二進(jìn)制、壓縮二進(jìn)制、標(biāo)準(zhǔn)RINEX2.x、RINEX3.x、壓縮RINEX等多種存儲(chǔ)格式，同步生成O文件和D文件（即星歷文件），亦可對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行壓縮，兼容不同采樣率數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，允許自定義數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑，支持遠(yuǎn)程批量修改基準(zhǔn)站接收機(jī)相關(guān)參數(shù)配置，并具備斷點(diǎn)續(xù)傳功能 數(shù)據(jù)

解算 具備全球五大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)［BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）、GPS（全球定位系統(tǒng)）、GLONASS（格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）、GALILEO（伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）、QZSS（日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)）］數(shù)據(jù)聯(lián)合解算及各系統(tǒng)自由組合解算的能力；支持北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)的解算，支持北斗B1c、B2a新頻點(diǎn) 站點(diǎn)

管理 支持在站點(diǎn)列表中展示以下信息：站點(diǎn)名、標(biāo)識(shí)名、基站啟停狀態(tài)、基站網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、當(dāng)前數(shù)據(jù)歷元時(shí)間、數(shù)據(jù)齡期、觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)概覽（含各系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)）、數(shù)據(jù)類型、接收機(jī)型號(hào)、天線型號(hào)及天線高度等 用戶

服務(wù) 涵蓋電子圍欄管理，支持通過KML文件導(dǎo)入電子圍欄或選擇內(nèi)置行政區(qū)劃作為用戶登錄范圍限制；作業(yè)軌跡支持記錄每個(gè)CORS賬號(hào)的位置請(qǐng)求數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)用戶作業(yè)位置信息和移動(dòng)軌跡，并允許導(dǎo)出任意賬號(hào)的軌跡數(shù)據(jù)，支持用戶類別的分析與管理 ]

2 測(cè)試方法與精度評(píng)定

2.1 測(cè)試內(nèi)容與方法

2.1.1 定位精度測(cè)試

在河池市內(nèi)均勻選取33個(gè)已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試（見圖1）。采用同一套高精度測(cè)量設(shè)備，分別接入河池市北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱BDS2.0系統(tǒng)）和河池市北斗三號(hào)高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱BDS3.0系統(tǒng)），對(duì)選定的控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集，采樣間隔時(shí)間為1 s，連續(xù)觀測(cè)1 h。在作業(yè)期間，記錄每個(gè)測(cè)試點(diǎn)獲取固定解所需的時(shí)間、天線的高度、周邊觀測(cè)條件和天氣狀況。

2.1.2 系統(tǒng)可用性測(cè)試

系統(tǒng)可用性測(cè)試分為空間可用性測(cè)試和時(shí)間可用性測(cè)試。在確保安全的前提下，選取3條線路，分別按自西向東、自北向南及自西北向東南的方向進(jìn)行車載RTK動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試路徑（見圖1）覆蓋河池絕大部分區(qū)域，通過統(tǒng)計(jì)測(cè)試過程中的固定率評(píng)估系統(tǒng)的空間可用性。同時(shí)，在之前33個(gè)控制點(diǎn)采集的測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，連續(xù)觀測(cè)24 h，以此評(píng)估系統(tǒng)的時(shí)間可用性。

2.1.3 定位服務(wù)時(shí)效性測(cè)試

系統(tǒng)定位服務(wù)的時(shí)效性是指在用戶端執(zhí)行RTK流動(dòng)測(cè)量時(shí)獲得固定解的初始化時(shí)間［6］。測(cè)試中以3 min為限，分別接入BDS2.0和BDS3.0兩個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，并從接入系統(tǒng)的瞬間開始計(jì)時(shí)，直至獲取固定解。若超過3 min仍未獲得固定解，則此次測(cè)試失敗。

2.2 精度評(píng)定方法

2.2.1 內(nèi)符合精度

在內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)過程中，首先計(jì)算每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)所有歷元測(cè)量值的平均值[l]，再將[l]與每一個(gè)歷元的測(cè)量值[li]進(jìn)行差值計(jì)算，依照以下公式分別計(jì)算系統(tǒng)各個(gè)坐標(biāo)方向的內(nèi)符合精度[σ]。其次，統(tǒng)計(jì)所有差值的分布情況，分析差值在不同區(qū)間分布的概率［7］。

[σ=±i=1nli?l2n?1。]" " " " " " " " " " " " "（1）

2.2.2 外符合精度

將每個(gè)測(cè)量值與對(duì)應(yīng)的已知坐標(biāo)值進(jìn)行求差運(yùn)算，統(tǒng)計(jì)分析所得的差值，根據(jù)以下公式計(jì)算測(cè)量值在x、y、h方向上的外符合精度［8］。

lt;C：＼Users＼Administrator＼Desktop＼2024 -7期（1-112）定＼Image＼image2.pdfgt;[τ=±[θθ]n，]" " " " " " " " " " " " " " （2）

其中：[τ]為外符合精度，反映測(cè)量的準(zhǔn)確性；[n]為測(cè)量值總數(shù)；[θ]為測(cè)量值與已知值的差值。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

3.1 定位精度分析

3.1.1 內(nèi)符合精度分析

為有效分析不同地區(qū)在BDS2.0與BDS3.0系統(tǒng)下的定位精度，采用同一臺(tái)RTK設(shè)備，分別接入BDS2.0系統(tǒng)和BDS3.0系統(tǒng)，對(duì)33個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行高精度坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集，每個(gè)控制點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)1 h，采樣間隔時(shí)間為1 s。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，BDS3.0系統(tǒng)和BDS2.0系統(tǒng)的內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)圖分別見圖2和圖3。

由圖2和圖3可知，在BDS3.0系統(tǒng)下，各測(cè)試點(diǎn)的平面定位精度基本保持在±1 cm，優(yōu)于BDS2.0系統(tǒng)±1.5 cm的精度水平。同樣地，在高程方向上，BDS3.0系統(tǒng)的定位精度也優(yōu)于BDS2.0系統(tǒng)。整體上看，兩個(gè)系統(tǒng)均能滿足平面定位精度優(yōu)于±3 cm、高程定位精度優(yōu)于±5 cm的要求。而具體到河池地區(qū)，BDS3.0系統(tǒng)的內(nèi)符合定位精度整體上顯著優(yōu)于BDS2.0系統(tǒng)，其平面和高程方向的內(nèi)符合精度均優(yōu)于±2 cm，展現(xiàn)出更好的定位精度。

3.1.2 外符合精度分析

對(duì)比33個(gè)測(cè)試點(diǎn)的RTK測(cè)量結(jié)果與已知坐標(biāo)真值，進(jìn)行誤差分析，BDS3.0系統(tǒng)和BDS2.0系統(tǒng)的外符合精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別見圖4和圖5。

從圖4和圖5可以看出，BDS3.0系統(tǒng)在平面方向的平均外符合精度為±1.37 cm，在高程方向則為±2.46 cm，這兩個(gè)數(shù)值均小于BDS2.0系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的±1.69 cm和±3.15 cm。在覆蓋河池市的11個(gè)地區(qū)進(jìn)行的實(shí)時(shí)定位精度測(cè)試中，所有地區(qū)均滿足平面±3 cm、高程±5 cm的精度要求。其中，在天峨縣和南丹縣，BDS3.0系統(tǒng)的定位精度明顯優(yōu)于BDS2.0系統(tǒng)；在宜州區(qū)、金城江區(qū)和羅城縣等地，兩個(gè)系統(tǒng)的定位精度相對(duì)接近，說明北斗三號(hào)系統(tǒng)的引入能有效提升北斗系統(tǒng)在邊遠(yuǎn)山區(qū)的定位精度。

3.2 系統(tǒng)可用性分析

3.2.1 空間可用性分析

為了分析北斗三號(hào)系統(tǒng)在河池地區(qū)的有效覆蓋范圍與性能表現(xiàn)，在河池市境內(nèi)按自西向東、自北向南和自西北向東南的方向選擇3條測(cè)試線路，采用統(tǒng)一的RTK設(shè)備，分別接入BDS2.0系統(tǒng)和BDS3.0系統(tǒng)進(jìn)行車載測(cè)試。具體線路如下：路線一為六寨鎮(zhèn)—南丹縣—金城江—都安縣；路線二為所略鄉(xiāng)—東蘭縣—金城江—羅城縣—小長(zhǎng)安鎮(zhèn)；路線三為下老鄉(xiāng)—天峨縣—金城江—宜州區(qū)—三岔鎮(zhèn)。測(cè)試總里程約800 km，具體路線布局見圖1。測(cè)試完成后，分析兩個(gè)系統(tǒng)的定位結(jié)果，統(tǒng)計(jì)測(cè)試過程中獲取的固定解占比，空間可用性測(cè)試點(diǎn)定位解占比統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2，車載RTK動(dòng)態(tài)測(cè)試固定率統(tǒng)計(jì)圖見圖6。

表2 空間可用性測(cè)試點(diǎn)固定解占比統(tǒng)計(jì)表

[路線 測(cè)試系統(tǒng) 采集點(diǎn)數(shù)（個(gè)） 固定點(diǎn)數(shù)（個(gè)） 固定率（%） 網(wǎng)外最遠(yuǎn)固定

解距離（km） 路線一 BDS3.0 7 502 7 405 98.71 55 BDS2.0 7 486 7 158 95.62 49 路線二 BDS3.0 10 514 10 411 99.02 57 BDS2.0 10 498 10 079 96.01 51 路線三 BDS3.0 20 632 20 396 98.85 63 BDS2.0 20 579 19 702 95.74 58 ]

由表2和圖6可知，在河池市北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，BDS3.0系統(tǒng)在3條路線上的固定率均高于BDS2.0系統(tǒng)，具體表現(xiàn)為BDS3.0平均固定率達(dá)到98.86%，相較于BDS2.0的95.79%有顯著提升。在BDS3.0網(wǎng)外區(qū)域，BDS3.0最遠(yuǎn)能覆蓋63 k m，優(yōu)于BDS2.0的最大網(wǎng)外覆蓋距離（58 km）。綜上所述，BDS3.0系統(tǒng)的空間可用性整體略優(yōu)于BDS2.0系統(tǒng)。

3.2.2 時(shí)間可用性分析

為了進(jìn)一步測(cè)試BDS3.0系統(tǒng)的時(shí)間可用性，在33個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行24 h以上的數(shù)據(jù)采集，分析所得數(shù)據(jù)的固定解占比。BDS3.0系統(tǒng)時(shí)間可用性分析見表3。分析表3中的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過24 h以上的監(jiān)測(cè)，33個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)固定解占比均在96%以上，其中宜州區(qū)、金城江區(qū)和羅城縣的固定解占比最高，天峨縣和南丹縣的固定解占比最低?？傮w而言，BDS3.0系統(tǒng)在河池市下轄的11個(gè)區(qū)縣均展現(xiàn)出良好的時(shí)間可用性。

3.3 定位服務(wù)時(shí)效性分析

為驗(yàn)證BDS3.0系統(tǒng)用戶服務(wù)的時(shí)效性和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)以下定位服務(wù)時(shí)效性測(cè)試流程。

（1）關(guān)閉移動(dòng)端RTK設(shè)備的電源，以確保差分信息停止生成，隨后重新啟動(dòng)設(shè)備。

（2）移動(dòng)端RTK設(shè)備重啟后，接入預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)CORS賬號(hào)、IP地址及端口，記錄移動(dòng)端設(shè)備從接入CORS網(wǎng)絡(luò)起直至第一次獲得固定解的時(shí)間，此時(shí)間即初始化時(shí)間。

（3）選取不同環(huán)境下的4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行20次測(cè)試記錄，每次以3 min為限，初始化若超過3 min則視為測(cè)試失敗。

定位服務(wù)時(shí)效性初始化時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表4。從表4可以看出，BDS3.0系統(tǒng)在針對(duì)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)位的20次初始化時(shí)效性測(cè)試中，均成功實(shí)現(xiàn)了固定解的獲取，而相比之下，BDS2.0系統(tǒng)在有遮擋的條件下出現(xiàn)了固定失敗的情況，說明BDS3.0系統(tǒng)相較于BDS2.0系統(tǒng)更容易獲取固定解。從初始化時(shí)間看，BDS3.0的平均初始化時(shí)間明顯優(yōu)于BDS2.0，平均縮短時(shí)間約1 min，并且BDS3.0系統(tǒng)能夠在20 s內(nèi)快速獲取固定解，證明了BDS3.0系統(tǒng)在定位服務(wù)的時(shí)效性方面有了顯著提升。

4 結(jié)論

本文主要介紹了河池市北斗三號(hào)高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容，針對(duì)系統(tǒng)的定位精度、空間可用性、時(shí)間可用性及定位服務(wù)時(shí)效性進(jìn)行了測(cè)試，并結(jié)合BDS2.0系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明，河池市北斗高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)在完成北斗三號(hào)系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化后，定位精度和定位服務(wù)時(shí)效性有了明顯的提升，空間可用性略有改善?？傮w而言，BDS3.0系統(tǒng)整體展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，可以滿足當(dāng)前社會(huì)化服務(wù)的需求。

5 參考文獻(xiàn)

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*廣西壯族自治區(qū)自然資源廳科技項(xiàng)目“大規(guī)模北斗基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究及在自然資源領(lǐng)域中的應(yīng)用”（GXZC2022-C3-002462-JGJD）。

【作者簡(jiǎn)介】梁小龍，男，廣西玉林人，工程師，研究方向：大地測(cè)量與衛(wèi)星導(dǎo)航；施波（通信作者），男，廣西欽州人，工程師，研究方向：大地測(cè)量與衛(wèi)星導(dǎo)航。

【引用本文】梁小龍，施波.河池市北斗高精度位置與導(dǎo)航平臺(tái)的建設(shè)及其精度測(cè)試［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（7）：88-92.